我国多年冻土和季节冻土面积分别占国土面积的21.5%和53.5%，在冻土地区进行工程建设时，必须考虑冻土地基的承载力及变形，冻土与工程建筑物之间相互作用等一系列工程冻土学理论和实践问题，以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性、耐久性和经济性。由于描述冻土单元平衡的平衡方程和变形协调的连续性方程与冻土的力学性质无关，核心工作就是要建立描述冻土应力–应变–时间关系的物理方程，即本构模型。

目前对冻土所建立的本构模型大多都是以依赖于试验和假设的塑性理论为基础，以某一常规土的本构模型为蓝本而得到的。这要求研究者围绕塑性理论的三大支柱问题，即屈服条件、流动法则和硬化定律展开具体研究。然而，对冻土而言，这些支柱问题的合理解决会因冻土的多相异质性和温度敏感性变得比常规土里困难得多。

中国科学院武汉岩土力学研究所特殊土土力学方向组科研人员在前期研究中借用一种新的本构理论——亚塑性理论，在砂土亚塑性本构模型基础上，通过引入由依赖于温度的冻土粘聚力构建的球应力张量和依赖于变形的因子，建立了一个冻结砂土的亚塑性本构模型。通过模拟冻土在不同温度以及应力水平下的应力–应变关系和体变规律，对该模型进行了验证。随后，在此模型的基础上，通过引入应变的高阶导数项和蠕变损伤因子，建立了冻土的粘亚塑性本构模型。该模型不仅能够考虑温度、应力水平和加载速率等因素对冻土力学性质的影响，还能考虑冻土在复杂应力状态下的蠕变行为。相关结果分别发表在Soils and Foundations 和International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics上。

论文信息： 

Guofang Xu, Wei Wu, Jilin Qi, 2016. An extended hypoplastic constitutive model for frozen sand. Soils and Foundations, 56 (4): 704–711.

Guofang Xu, Wei Wu, Jilin Qi, 2016. Modeling the viscous behavior of frozen soil with hypoplasticity. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 40 (15): 2061–2075.